물리학에 관련된 과학 정보

일전에 양자학에 대한 이야기를 언급했었고 이어 나가겠습니다. 양자광학을 블랙홀과 연관하여 실험 물리학이 도전하는 시공간의 비밀에 대한 이야기입니다. 양자 광학은 빛과 시간에 대한 실험으로 구현하려는 물리학입니다. 우주는 단순한 무대가 아니라, 끊임없이 변화하며 그 안에 담긴 법칙과 비밀을 탐구하게 만드는 실험실이자 퍼즐입니다. 인류는 수천 년 동안 별빛을 바라보며 우주의 구조와 기원을 상상해 왔습니다. 양자 광학이라는 정밀하고 강력한 도구를 통해, 빛의 가장 기본적인 단위인 광자를 제어하고, 그것을 이용해 시공간의 주름과 블랙홀의 정보 역설에 도전할 수 있는 시대에 도달했습니다. 이 글에서는 실험 물리학의 최전선에서 펼쳐지는 양자광학과 블랙홀 물리학의 만남을 조망하며, 우리가 어디까지 우주의 본질에 접근..

세상의 모든 움직임은 결국 시간의 흐름 속에 숨어 있습니다. 나뭇잎의 떨림, 물방울의 튐, 심지어 분자의 결합까지도, 아주 짧은 순간에 일어나는 일입니다. 하지만 우리가 눈으로 보는 세계는 너무 느립니다. 분자 하나가 반응하는 데 필요한 시간은 얼마나 될지 상상해보면 1초의 1조 분의 1. 그것이 바로 1펨토초입니다. 인간이 이해할 수 있는 시간의 한계를 넘어서는 이 짧은 순간을 붙잡기 위해, 물리학은 펨토초 레이저와 같은 마법 같은 도구를 만들어냈습니다.펨토초 레이저펨토초 레이저는 말 그대로, 1펨토초 단위의 짧은 레이저 펄스를 만들어내는 장치입니다. 이 짧은 빛의 펄스는 마치 시간의 면도날처럼, 연속적인 사건 속에서 아주 짧은 한 컷을 잘라내는 역할을 합니다. 마치 초고속 카메라가 총알이 사과를 관통..

밤하늘을 올려다보면, 우리는 별과 은하의 찬란한 빛에 감탄합니다. 그러나 그 사이사이의 어둠 속에는, 우리 눈에 보이지 않는 고요한 속삭임이 존재합니다. 바로 우주배경복사라 불리는 이 미세한 마이크로파 신호는 약 138억 년 전, 우주가 막 태동하던 시기의 흔적을 담고 있습니다. 그 중에서도, CMB의 미세한 요동 즉, 미세한 온도 차이는 우주의 초기 조건과 구조 형성의 비밀을 품고 있습니다.양자 요동 우주배경복사는 빅뱅 이후 약 37만 년이 지난 시점에서 우주가 충분히 식어, 광자들이 자유롭게 이동할 수 있게 되었을 때 방출된 복사입니다. 이 시기를 재결합이라고 부르며, 이때 방출된 광자들은 현재까지도 우주를 가득 채우고 있습니다. CMB는 전 우주에 걸쳐 거의 균일한 온도를 가지고 있지만, 약 10만..

우리는 그것을 본 적이 없지만 분명히 그것은 존재합니다. 마치 숲 속에 남겨진 발자국을 보고 숨어 있는 짐승을 상상하듯, 우리는 여러 천문학적 현상에서 암흑물질의 존재를 추론합니다.암흑 물질의 증거먼저, 은하의 회전 곡선이 그 단서 중 하나입니다. 고전역학에 따르면, 별은 은하 중심에서 멀어질수록 중력의 영향이 약해져 회전 속도가 느려져야만 합니다. 그러나 실제 관측 결과는 그 기대를 정면으로 거스릅니다. 은하 외곽의 별들도 중심부의 별들과 거의 같은 속도로 움직이는 겁니다. 이처럼 설명되지 않는 회전 운동은, 마치 투명한 손이 별들을 끌어당기고 있는 듯한 인상을 남깁니다. 이 손의 정체가 바로 암흑물질이라 여겨집니다. 가시적이지 않지만 강한 중력 효과를 발휘하는, 보이지 않는 질량의 존재이기도 합니다...

우주의 무대에서 조석 고정 행성이라는 독특한 존재가 있습니다. 이 행성들은 한 면은 영원한 낮으로 다른 한 면은 끝없는 밤으로 나뉘어져 있어, 지구와 전혀 다른 환경을 가지고 있으며 이러한 극단적인 조건에서의 생명 존재 유무는 우리의 궁금증을 자아내게 합니다. 즉, 조석 고정 행성은 자전 주기와 공전 주기가 동일하여, 항상 한 면만이 별을 향하고 있는 상태를 말합니다. 이로 인해 한쪽은 지속적인 태양빛을 받아 뜨겁고, 반대쪽은 영원한 어둠 속에 차가운 상태를 유지합니다. 이러한 극단적인 온도 차이는 생명체가 존재하기에 적합하지 않을 것처럼 보이지만, 실제로는 다양한 변수들이 작용하여 생명체가 존재할 가능성을 제시합니다.조석 고정 행성의 황혼 지대조석 고정 행성에서 생명체가 존재하기 위해서는 대기 순환이 ..

우리가 어릴 적 올려다보던 별들은 이제 과학의 손끝에서 가능한 생명의 터전으로 다가오고 있습니다. 공상과학의 영역이었던 외계 생명체 탐사는, 이제 매우 정교하고 물리학적으로 복잡한 문제로 바뀌었습니다. 그 중심에는 바로 바이오시그니처(Biosignature), 즉 생명 존재를 암시하는 물리·화학적 지표들이 있습니다. 바이오시그니처는 우주의 침묵 속에서 생명을 찾아나서는 거대한 프로젝트이기도 합니다. 그것은 스펙트럼 속 희미한 떨림이며, 물리학의 렌즈로 해석된 조용한 신호입니다.바이오시그니처생명은 복잡한 분자와 에너지 흐름을 동반합니다. 그래서 생명이 있던, 혹은 있는 행성이라면 물리적으로 비정상적인 스펙트럼 특성이 나타날 가능성이 높습니다. 바이오시그니처에는 대표적으로 산소(O₂)가 있습니다. 이는 광합..

밤하늘을 수놓는 무수한 별들. 그 중 몇몇은 우리 태양처럼 행성을 거느리고 있습니다. 이들 외계 행성의 대기를 들여다보는 일은 마치 우주의 편지를 해독하는 것과 같습니다. 그 편지를 읽기 위해 우리는 복사전달방정식이라는 열쇠를 사용합니다. 이 방정식은 빛이 대기를 통과하며 어떻게 변화하는지를 설명해주며, 외계 행성의 대기 구성, 온도, 심지어 생명체의 존재 가능성까지도 추론할 수 있게 해줍니다.복사전달방정식복사전달방정식은 빛이 대기를 통과하면서 흡수, 산란, 방출되는 과정을 수학적으로 표현한 것입니다. 마치 우주에서 빛이 어떻게 태도를 바꾸는지를 말해주는 빛의 생애 시뮬레이션이자, 대기라는 무대에서 벌어지는 광자의 드라마를 계산하는 물리학의 시입니다. 이 방정식은 대기의 물리적 특성과 상호작용하는 빛의 ..

우주는 파장으로 말하고, 우리는 그 파장을 통해 우주의 비밀을 듣습니다. 특히 외계 생명체 탐사의 관점에서 볼 때, 이 파장의 언어를 어떻게 해석하느냐에 따라 생명의 존재 여부를 결정짓는 실마리를 잡을 수 있습니다. 제임스 웹 망원경은 바로 이 점에서 혁명적인 접근을 가능하게 했습니다. 이제 우리는 단일 파장이 아닌, 복수의 스펙트럼 범위를 활용하여 외계 행성의 물리적 조건과 생명 존재 가능성을 복합적으로 분석하는 시대에 들어섰습니다.다중 파장 관측우리는 지금, 우주 생명 탐사에 있어 역사상 가장 정교한 시대를 살아가고 있습니다. 더 이상 외계인을 상상 속에만 두지 않습니다.가장 핵심이 되는 개념은 다중 파장의 공동 관측 체계입니다. 이는 제임스 웹 망원경과 지상 관측소(ALMA, VLT 등), 그리고 ..

제임스 웹 망원경 두번째 이야기입니다. 수천 년 동안 우주에 우리만 존재할까에 대한 의문은 대대로 인류를 매혹시켜 왔습니다. 천문학자, 생물학자, 그리고 물리학자에 이르기까지 과학계는 지금 이 거대한 퍼즐의 실마리를 찾기 위해 제임스 웹 우주 망원경이 우주 관측의 판도를 바꾸고 있습니다.TRAPPIST-1 항성계제임스 웹 망원경은 외계 생명체 존재 가능성을 과학적으로 추적할 수 있는 정밀 기기입니다. 특히 적외선 분광 기술을 활용한 외계 행성 대기 분석은 생명 존재의 간접 증거를 찾는 핵심 열쇠입니다. 제임스 웹 망원경은 대기 중 수증기, 이산화탄소, 메탄, 오존 등 생명 활동과 관련 있는 분자를 포착할 수 있습니다. 이러한 데이터는 행성의 온도, 화학 조성, 대기 순환 구조, 나아가 생명체 존재 가능성..

허블 우주 망원경은 지구 대기권 밖 우주 망원경으로 1990년 4월 24일 NASA와 유럽우주국(ESA)의 협력으로 발사되었습니다. 지구 상공 약 547km 궤도에서 은하, 별, 행성, 성운 등 우주 내 여러 천체와 현상을 관찰하며 허블이 담아낸 우주는 장엄하면서도 친근했습니다. 하지만 2021년 12월, 제임스 웹 우주 망원경의 발사는 허블의 업그레이드 차원을 넘어선 우주 관측의 패러다임 전환이었습니다. 우주의 가장 희미한 빛, 가장 먼 과거를 포착하기 위한 도구로서, 제임스 웹 망원경은 우주의 탄생 직후를 관측할 수 있는 전례 없는 능력을 갖추고 있습니다. 이는 우주를 바라보는 방식 자체의 근본적인 변화를 의미합니다.제임스 웹 망원경의 적외선 관측허블 망원경은 가시광선과 근자외선 영역을 주로 관측했습..